RU2519142C2

RU2519142C2 - Universal power cluster for connection of quick-erect construction structures and buildings

Info

Publication number: RU2519142C2
Application number: RU2012129194/03A
Authority: RU
Inventors: Леонид Николаевич Коровин
Original assignee: Леонид Николаевич Коровин
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2014-06-10
Also published as: RU2012129194A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to the field of construction, in particular, to a universal cluster for connection of quick-erect construction structures. A universal power cluster comprises connecting and fastening elements connected either with the help of parts with helical surface or with the help of pins, or as non-detachable. The cluster is equipped with reinforcing elements made in the form of rectangular tetrahedrons and a support base plane, onto which the connecting elements are installed. Bases of reinforcing elements and faces of fastening elements made in the form of rectangular prisms with a triangular base, form an additional base plane arranged in parallel to the support base plane at the distance equal to the height of connecting elements. Between base planes perpendicularly to each other and to base planes there are rectangular strengtheners installed as non-detachable between each other. Fastening, reinforcing and connecting elements are made with holes for fixation.

EFFECT: reduced labour costs in assembly of a cluster.

6 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и машиностроению, может быть использовано при изготовлении мобильных и стационарных зданий различного функционального назначения или иных механических конструкций.The invention relates to the construction and mechanical engineering, can be used in the manufacture of mobile and stationary buildings for various functional purposes or other mechanical structures.

Известен самоцентрирующийся узел соединения стыковых и перекрестных элементов сооружения каркасного типа, выполненный в виде профильной трубы прямоугольного или квадратного сечения как элемента, принимающего выступающие элементы, и снабженный центрирующими накладками для компенсации сборочных зазоров, при этом хомут размещен на гнездах, вырезанных на внешних ребрах профильной трубы принимающего пространства для выступающих элементов (см. патент РФ на ПМ №52032, по кл. МКИ Е04В 1/38, 2007).A self-centering knot of connecting butt and cross elements of a frame-type structure is known, made in the form of a profile pipe of rectangular or square section as an element receiving protruding elements, and provided with centering plates to compensate for assembly clearances, while the clamp is placed on sockets cut on the outer edges of the profile pipe the receiving space for the protruding elements (see RF patent for PM No. 52032, according to class MKI E04B 1/38, 2007).

Недостатком данной конструкции является слабая несущая часть крепления балки, не позволяющая нести на себе основную нагрузку малоэтажных зданий. Кроме того, данная конструкция не обеспечивает удержания от диагональных и радиальных смещений при обычных нагрузках.The disadvantage of this design is the weak bearing part of the beam fastening, which does not allow to bear the main load of low-rise buildings. In addition, this design does not provide retention from diagonal and radial displacements under normal loads.

Известен также строительный элемент для соединения строительных конструкций, состоящий из двух гнутых сложной формы профилей, контактирующих между собой стенками и полками. Крепление профилей осуществляют посредством отгибов, полученных при образовании отверстий на стенках одного профиля, которые, в свою очередь, проходят через отверстия другого профиля и завальцованы на наружной поверхности последнего (см. заявка РФ на ИЗ №2007114383, по кл. МКИ Е04С 3/00, 2007).Also known is the building element for connecting building structures, consisting of two bent complex shaped profiles in contact with each other by walls and shelves. The profiles are fastened by means of bends obtained by forming holes on the walls of one profile, which, in turn, pass through holes of another profile and are rolled on the outer surface of the latter (see RF application for IZ No. 2007114383, class MKI E04C 3/00 , 2007).

Силовой узел, образуемый соединительными элементами данной конструкции, относится к слабым соединительным узлам, которые подвержены изгибам и деформациям при сдавливании, скручивании, сжатии, компрессионным изменениям, а также они не выдерживают длительных динамических нагрузок и воздействия высоких температур, совершенно не применимы в высотных конструкциях и в качестве несущих силовых узлов.The power unit formed by the connecting elements of this design refers to weak connecting nodes that are subject to bending and deformation during compression, twisting, compression, compression changes, and they do not withstand prolonged dynamic loads and high temperatures, are completely inapplicable in high-rise structures and as bearing power units.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является соединение быстровозводимых строительных конструкций, которое состоит из, по меньшей мере, двух первых крепежных элементов, каждый из которых представляет собой пластину с расходящимися концами, соединенными с вертикальной опорой, и, по меньшей мере, одного второго крепежного элемента. Второй крепежный элемент представляет собой трапециевидный лоток, открытый сверху и с одной из сторон и снабженный средствами крепления горизонтальной балки. Второй крепежный элемент соединен разъемно с вертикальной опорой и первыми крепежными элементами. В качестве крепежных элементов использованы детали с винтовой поверхностью (см. патент РФ на ПМ №99035, по кл. МКИ Е04В 1/38, 2010).The closest in technical essence to the proposed technical solution is the connection of prefabricated building structures, which consists of at least two first fasteners, each of which is a plate with diverging ends connected to a vertical support, and at least one second fastener. The second fastening element is a trapezoidal tray, open from above and from one of the sides and equipped with means for fastening the horizontal beam. The second fastener is detachably connected to the vertical support and the first fasteners. As fasteners used parts with a screw surface (see RF patent for PM No. 99035, according to class MKI E04B 1/38, 2010).

Данное соединение не может быть применимо при строительстве зданий (тем более жилых и многоэтажных), оно может использоваться во временных технических конструкциях, т.к. рассчитано на малые нагрузки при эксплуатации. Описанный узел не может на себе нести полную нагрузку стандартных перекрытий, в стационарных производственных и жилых зданиях за счет отсутствия как опорных, так и диагональных усилений, несущих силовых элементов узла. Само соединение рассчитано, в основе своей, на фрикционные связи, что сохраняет огромную вероятность риска проскальзывания всего узла вниз по балке при обычных статических нагрузках. Данное соединение при использовании в конструкциях зданий должно провариваться со всех сторон полностью, но и при этом теряется суть разъемности элементов, надежности и защищенности самого здания. При постоянных динамических нагрузках, больших рычагах, сейсмических сдвигах средней и большой силы из за отсутствия больших опорных поверхностей конструкция абсолютно не застрахована от разрыва соединительных элементов, что приведет к полному обрушению здания.This connection cannot be applicable in the construction of buildings (especially residential and multi-storey buildings), it can be used in temporary technical structures, as It is designed for small loads during operation. The described node cannot bear the full load of standard ceilings in stationary industrial and residential buildings due to the absence of both support and diagonal reinforcements that carry the power elements of the node. The connection itself is designed, basically, for frictional bonds, which retains a huge risk of the risk of the entire assembly slipping down the beam under ordinary static loads. This connection, when used in building structures, must be completely boiled from all sides, but at the same time, the essence of the disconnectability of the elements, reliability and security of the building itself is lost. With constant dynamic loads, large levers, seismic shifts of medium and high strength due to the lack of large supporting surfaces, the structure is absolutely not immune from rupture of the connecting elements, which will lead to the complete collapse of the building.

Задачей данного изобретения является снижение материальных, трудовых и энергетических затрат при возведении строительных конструкций зданий в обычных и сейсмически неустойчивых районах как для малоэтажных, так и для многоэтажных зданий за счет создания надежного простого универсального модульного силового узла для соединения любых быстровозводимых строительных конструкций и зданий, которое легко собирается и разбирается.The objective of the invention is to reduce material, labor and energy costs during the erection of building structures of buildings in ordinary and seismically unstable areas for both low-rise and high-rise buildings by creating a reliable simple universal modular power unit for connecting any prefabricated building structures and buildings, which easy to assemble and disassemble.

Поставленная задача решается тем, что универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций и зданий включает соединительные и крепежные элементы, соединенные или при помощи деталей с винтовой поверхностью, или при помощи штифтов, или неразъемно. Узел дополнен опорной базовой плоскостью, на которую установлены соединительные и крепежные элементы, выполненные в виде прямоугольной призмы с треугольным основанием, открытой сбоку. Узел дополнен усилительными элементами, выполненными в виде открытых сверху прямоугольных тетраэдров, установленных основаниями на опорной базовой плоскости и выполненных с ней как одно целое, и соединенными между собой прямоугольными усилительными элементами неразъемно. Кроме того, образована основаниями других усилительных элементов и гранями крепежных элементов дополнительная базовая плоскость, параллельная опорной базовой плоскости, на расстоянии, равном ширине соединительного элемента в зеркальном отражении с установленными на ней элементами, причем между базовыми плоскостями неразъемно установлены прямоугольные усилители перпендикулярно друг другу и базовым плоскостям. Крепежные, усилительные и соединительные элементы выполнены с отверстиями под крепление.The problem is solved in that a universal power unit for connecting prefabricated building structures and buildings includes connecting and fastening elements, connected either with parts to a screw surface, or with pins, or one-piece. The assembly is supplemented with a reference reference plane on which connecting and fastening elements are installed, made in the form of a rectangular prism with a triangular base open to the side. The site is supplemented by reinforcing elements made in the form of rectangular tetrahedrons open at the top, mounted by bases on the reference base plane and made with it as a whole, and connected together by rectangular amplifying elements inseparably. In addition, an additional base plane is formed by the bases of other reinforcing elements and the faces of the fastening elements parallel to the reference reference plane at a distance equal to the width of the connecting element in mirror reflection with the elements mounted on it, and rectangular amplifiers are perpendicular to each other and the base between the base planes planes. Fastening, reinforcing and connecting elements are made with holes for fastening.

Кроме того, опорная базовая плоскость выполнена в виде восьмиугольной пластины.In addition, the reference base plane is made in the form of an octagonal plate.

Также в качестве неразъемного соединения использовано сварное соединение.Also, as a permanent connection, a welded connection is used.

На опорной базовой плоскости в местах установки соединительного элемента в узел устанавливаются по необходимости конусные направляющие, усилители, работающие на срез при динамических и сейсмических нагрузках, усиливая винтовые и штифтовые соединения.On the basic reference plane at the places of installation of the connecting element, conical guides, amplifiers operating on a slice under dynamic and seismic loads are installed, as necessary, reinforcing screw and pin joints.

Кроме того, силовой узел дополнительно снабжен диагональными усилителями, выполненными из профильного металла с наконечником в форме крепежного элемента.In addition, the power unit is additionally equipped with diagonal amplifiers made of profile metal with a tip in the form of a fastener.

При этом элементы узла покрыты однородным антикоррозионным и термически устойчивым материалом.At the same time, the elements of the assembly are coated with a homogeneous anticorrosive and thermally stable material.

Предлагаемое техническое решение имеет существенные признаки, которые в совокупности влияют на достигнутый технический результат.The proposed technical solution has significant features, which together affect the achieved technical result.

То, что соединительные и крепежные элементы установлены на опорной базовой плоскости, и что узел дополнен усилительными элементами во всех плоскостях дает:The fact that the connecting and fastening elements are installed on the reference reference plane, and that the assembly is supplemented with reinforcing elements in all planes gives:

- многократное всестороннее усиление узла во всех плоскостях;- multiple comprehensive strengthening of the node in all planes;

- предотвращает от разрыва соединения в узле в любых плоскостях не зависимо от прилагаемых нагрузок: вертикальных - на сжатие, горизонтальных - на разрыв и срез, диагональных на сжатие и разрыв, а также от нагрузок в других плоскостях на срез или смятие, скручивание и изгиб или вибрацию и удар.- prevents from breaking the connection in the node in any planes regardless of the applied loads: vertical - to compress, horizontal - to rupture and shear, diagonal to compress and rupture, as well as from loads in other planes to cut or crush, twisting and bending, or vibration and shock.

Наличие неразъемно установленных прямоугольных усилителей перпендикулярно друг другу и базовым плоскостям (опорной и дополнительной) дает жесткую опору и фиксацию соединительных элементов, а также дополнительное усиление от смятия и смещения горизонтальных элементов, при сейсмических, динамических или других сдвигах.The presence of permanently installed rectangular amplifiers perpendicular to each other and to the base planes (reference and additional) gives a rigid support and fixation of the connecting elements, as well as additional reinforcement from crushing and displacement of horizontal elements during seismic, dynamic or other shifts.

Наличие конусных направляющих на опорной базовой плоскости в местах установки соединительного элемента в узел позволяет облегчить сборку узла, дополнительно усилить соединение элементов и перераспределить нагрузку с винтовых соединений на конические соединения.The presence of conical guides on the reference reference plane at the points of installation of the connecting element in the assembly makes it easier to assemble the assembly, further strengthen the connection of the elements and redistribute the load from the screw joints to the conical joints.

Диагональные усилители, выполненные из профильного металла, дополнительно усиливают надежность силового узла и предназначены для многоэтажных зданий и для сейсмически неустойчивых районов.The diagonal amplifiers made of profile metal additionally enhance the reliability of the power unit and are designed for high-rise buildings and for seismically unstable areas.

Конструкция силового узла не привязана к размерам или форме соединительных элементов. Все эти отличия характеризуют устройство как универсальное и простое по конструкции и технологии его изготовления. Быстрота сборки и разборки силового узла позволяет переносить здания в любые другие места, использовать элементы и конструкции в целом многократно, перестраивать и достраивать, трансформировать и усиливать. Покрытие деталей силового узла однородным антикоррозионным и термически устойчивым материалом увеличивает долговечность и надежность соединения. Однотипность и точность в изготовлении обеспечивает взаимозаменяемость элементов, что удобно при ремонтах и повреждениях, а также многократность их использования.The design of the power unit is not tied to the size or shape of the connecting elements. All these differences characterize the device as universal and simple in design and manufacturing technology. The speed of assembly and disassembly of the power unit allows you to move buildings to any other place, use elements and structures in general many times, rebuild and complete, transform and strengthen. Coating the parts of the power unit with a homogeneous anti-corrosion and thermally stable material increases the durability and reliability of the connection. The uniformity and accuracy in the manufacture ensures the interchangeability of the elements, which is convenient for repairs and damage, as well as their repeated use.

В большинстве известных технологиях применяется лишь нижнее усиление в качестве опорных или фрикционных элементов. А предлагаемая конструкция силового узла дополнена двумя параллельными плоскостями, усиленными прямоугольными и дополнительными усилителями двукратно во всех параллельных плоскостях и направлениях, а также с дополнительно установленными диагональными усилителями, что позволяет использовать предложенную конструкцию силового узла при постоянных и меняющихся динамических нагрузках, а также в сейсмически неустойчивых районах и при строительстве многоэтажных домов. Увеличение толщины металла, выбор его состава и качества, увеличение размеров узла, размеров и формы соединительных элементов, также позволяют в разы увеличить прочностные характеристики узла в целом.In most known technologies, only lower reinforcement is used as support or friction elements. And the proposed design of the power unit is supplemented by two parallel planes reinforced with rectangular and additional amplifiers twice in all parallel planes and directions, as well as with additionally installed diagonal amplifiers, which allows you to use the proposed design of the power unit with constant and changing dynamic loads, as well as in seismically unstable areas and during the construction of multi-storey buildings. The increase in the thickness of the metal, the choice of its composition and quality, the increase in the size of the node, the size and shape of the connecting elements also allow to significantly increase the strength characteristics of the node as a whole.

Предложенное решение поясняется чертежами: на фиг.1 показана схема взаимного расположения элементов узла, на фиг.2 - силовой узел с дополнительными диагональными элементами, на фиг.3 - силовой узел, вид сверху, на фиг.4 - силовой узел, вид снизу, фиг.5 - силовой узел, вид сбоку.The proposed solution is illustrated by drawings: in Fig. 1 shows a diagram of the mutual arrangement of the elements of the node, in Fig. 2 - power unit with additional diagonal elements, in Fig. 3 - power unit, top view, in Fig. 4 - power unit, bottom view, 5 is a power unit, side view.

Универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций зданий включает соединительные 1 и крепежные 2 элементы, соединенные или при помощи деталей с винтовой поверхностью, или при помощи штифтов, или неразъемно. Узел дополнен опорной базовой плоскостью 3, на которую установлены соединительные 1 и крепежные 2 элементы. Крепежные элементы 2 выполнены в виде прямоугольной призмы с треугольным основанием, открытой сбоку. Узел дополнен усилительными элементами 4, выполненными в виде открытых сверху прямоугольных тетраэдров. Основания усилительных элементов 4, установленных на опорной базовой плоскости 3, выполнены как одно целое с опорной плоскостью. Образована основаниями усилительных элементов 4 и гранями крепежных элементов 2 дополнительная базовая плоскость 5, параллельная опорной базовой плоскости 3, на расстоянии, равном ширине соединительного элемента 1 в зеркальном отражении, с установленными на ней элементами. Дополнительные диагональные усилители 6, выполненные из профильного металла с наконечником в форме крепежного элемента 2. Между базовыми плоскостями 3 и 5 неразъемно установлены прямоугольные усилители 7 перпендикулярно друг другу и базовым плоскостям 3 и 5. Крепежные 2, усилительные 4 и соединительные 1 элементы выполнены с отверстиями под крепление. Опорная базовая плоскость 3 выполнена в виде восьмиугольной пластины. В качестве неразъемного соединения использовано сварное соединение. На опорной базовой плоскости 3 в местах установки соединительного элемента в узел установлены конусные направляющие 8. Все элементы узла покрыты однородным антикоррозионным и термически устойчивым материалом. Крепежные элементы 2, соединительные элементы 1 и усилительные элементы 4 крепятся при помощи элементов 9 (деталей с винтовой поверхностью, или при помощи штифтов).A universal power unit for connecting prefabricated building structures of buildings includes connecting 1 and fastening 2 elements connected either with parts with a screw surface, or with pins, or one-piece. The assembly is supplemented with a reference reference plane 3, on which connecting 1 and fixing 2 elements are installed. The fastening elements 2 are made in the form of a rectangular prism with a triangular base, open to the side. The node is supplemented by reinforcing elements 4 made in the form of rectangular tetrahedrons open at the top. The bases of the reinforcing elements 4 mounted on the reference reference plane 3 are made integrally with the reference plane. The bases of the reinforcing elements 4 and the faces of the fastening elements 2 are formed by an additional base plane 5 parallel to the reference reference plane 3, at a distance equal to the width of the connecting element 1 in mirror image, with the elements mounted on it. Additional diagonal amplifiers 6, made of profile metal with a tip in the form of a fastener 2. Between the base planes 3 and 5, rectangular amplifiers 7 are mounted perpendicular to each other and the base planes 3 and 5. One-piece 2, reinforcing 4 and connecting 1 elements are made with holes under the mount. The reference base plane 3 is made in the form of an octagonal plate. As an integral connection, a welded connection is used. On the reference reference plane 3, at the places of installation of the connecting element, conical guides 8 are installed in the assembly. All components of the assembly are coated with a uniform anticorrosive and thermally stable material. The fasteners 2, the connecting elements 1 and the reinforcing elements 4 are attached using the elements 9 (parts with a screw surface, or with pins).

Опорная базовая плоскость 3 с усилительными элементами 4 соединена прямоугольными элементами 7 с дополнительной базовой плоскостью 5, образованной элементами 2, 4 и 7, причем усилительные элементы 4 соединены между собой тоже прямоугольными усилителями 7. В собранном виде силовой узел является единым целым, где все элементы являются усилителями, многократно усиливая друг друга, работая во всех трех геометрических плоскостях.The reference base plane 3 with reinforcing elements 4 is connected by rectangular elements 7 with an additional base plane 5 formed by elements 2, 4 and 7, and the reinforcing elements 4 are interconnected also by rectangular amplifiers 7. When assembled, the power unit is a single unit, where all the elements are amplifiers, repeatedly strengthening each other, working in all three geometric planes.

Пример.Example.

Соединительные элементы 1 вставляются в прямоугольные ниши, образованные элементами узла. Горизонтальные соединительные элементы 1 устанавливаются и упираются на опорную базовую плоскость 3 по четырем направляющим. Вертикальные соединительные элементы 1 упираются в опорную базовую плоскость 3 снизу и сверху. Все элементы узла фиксируются при помощи крепежных элементов 9.The connecting elements 1 are inserted into rectangular niches formed by the elements of the node. The horizontal connecting elements 1 are mounted and abut against the reference reference plane 3 along four guides. The vertical connecting elements 1 abut against the supporting reference plane 3 from below and from above. All elements of the node are fixed using fasteners 9.

В результате получаем надежный простой универсальный модульный силовой узел для соединения любых быстровозводимых строительных конструкций и зданий. Он легко собирается и разбирается. Снижаются материальные, трудовые и энергетические затраты при возведении строительных конструкций зданий в обычных и сейсмически неустойчивых районах. Кроме того, не требуется специальная подготовка рабочих строителей.As a result, we get a reliable simple universal modular power unit for connecting any prefabricated building structures and buildings. It is easy to assemble and disassemble. Material, labor and energy costs are reduced when erecting building structures in ordinary and seismically unstable areas. In addition, special training of construction workers is not required.

В предложенной конструкции силового узла используются одинаковые силовые стальные элементы, что дает возможность изготовлять весь узел в целом и его элементы в отдельности в производстве, роботизировать процесс изготовления, используя лазерную резку и сварку. Использование при монтаже строительных конструкций дает возможность увеличить скорость сборки, прочность и надежность возводимых зданий, увеличить сейсмическую прочность и устойчивость всей конструкции. Кроме того, быстрота сборки и разборки силового узла позволяет переносить здания в любые другие места, трансформировать в любом направлении, использовать элементы вторично и многократно, то есть решить вопрос утилизации строительного мусора, вернее полное отсутствие какого либо мусора, при производстве и установке здания и его разборке технология безотходная и энерго-экономичная. Важнейшим фактором является взаимозаменяемость деталей, и по сути вся конструкция здания состоит всего из двух составляющих стойки-балки и силового узла.The proposed design of the power unit uses the same power steel elements, which makes it possible to manufacture the entire unit as a whole and its elements separately in production, to robotize the manufacturing process using laser cutting and welding. The use of building structures during installation makes it possible to increase the assembly speed, strength and reliability of buildings under construction, increase seismic strength and stability of the entire structure. In addition, the speed of assembly and disassembly of the power unit allows you to move buildings to any other place, transform in any direction, use the elements repeatedly and repeatedly, that is, solve the issue of recycling construction waste, or rather the complete absence of any garbage in the production and installation of the building and its disassembling technology waste-free and energy-efficient. The most important factor is the interchangeability of parts, and in fact the entire structure of the building consists of only two components of the rack-beam and the power unit.

Claims

1. A universal power unit for connecting prefabricated building structures and buildings, including connecting and fastening elements, connected either by means of parts with a screw surface, or by means of pins, or one-piece, characterized in that the unit is equipped with a supporting reference plane on which the connecting elements, and reinforcing elements made in the form of rectangular tetrahedrons, while the bases of the reinforcing elements and faces of fasteners made in the form of rectangular 3M with a triangular base, form an additional base plane located parallel to the reference base plane at a distance equal to the height of the connecting elements, and between the base planes perpendicular to each other and to the base planes are mounted one-piece rectangular amplifiers, and the fastening, reinforcing and connecting elements are made with holes for mounting.

2. A universal power unit for connecting prefabricated building structures and buildings according to claim 1, characterized in that the reference base plane is made in the form of an octagonal plate.

3. A universal power unit for connecting prefabricated building structures and buildings according to claim 1, characterized in that a welded joint is used as an integral connection.

4. A universal power unit for connecting prefabricated building structures and buildings according to claim 1, characterized in that on the reference base plane at the points of installation of the connecting element in the node conical guides are installed.

5. A universal power unit for connecting prefabricated building structures and buildings according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with diagonal amplifiers made of profile metal with a tip in the form of a fastener.

6. A universal power node for connecting prefabricated building structures and buildings according to claim 1, characterized in that the elements of the node are coated with a homogeneous anticorrosive and thermally stable material.